烟草液泡转化酶抑制子基因调控马铃薯块茎低温还原糖累积的研究

【目的】克隆烟草液泡转化酶抑制子基因，并在马铃薯中表达，从而抑制低温贮藏块茎还原糖积累，提高马铃薯加工品质。【方法】通过RT-PCR法分离Nt-VIF全长cDNA，转化马铃薯植株，PCR、Northern杂交和Southern杂交检测转基因植株，转基因植株块茎在低温和常温条件下贮藏30 d，分析转化酶活性与还原糖含量。【结果】克隆到Nt-VIF全长cDNA，35S调控下正向的Nt-VIF基因cDNA已经成功转入鄂马铃薯3号（E3）植株。转基因植株块茎在4℃和20℃贮藏30 d表明，VI活性受温度调节，高温贮藏块茎的VI活性显著低于低温贮藏的块茎，且高温条件下转基因块茎与对照无显著差异，而低温条件下转基因块茎的VI活性与对照相比下降幅度为22.7%（株系A-3）～78.1%（株系A-31）。转基因块茎还原糖（RS）含量在高温贮藏条件下与对照差异亦不明显，而低温贮藏条件下RS含量下降幅度为20%（株系A-17）～80.5%（株系A-30）。进一步分析还表明，转基因块茎低温贮藏其液泡转化酶活性与还原糖含量呈显著正直线相关（RS = 0.289VI + 0.0736）。【结论】Nt-VIF基因的表达显著抑制了马铃薯液泡转化酶活性，导致还原糖积累降低。     

马铃薯转录组测序研究进展

介绍转录组测序平台、实验方法、生物信息学分析及目前在马铃薯等高等植物中的应用,讨论了转录组测序在高等植物中研究的问题和新的方向,以供参考。     

基于RNA-Seq技术分析植物激素信号途径在水稻幼苗中对低温胁迫的应答规律

水稻对低温敏感,幼苗时期的低温胁迫会影响水稻的生长,甚至致死,从而导致减产。植物激素在植物低温胁迫响应过程中发挥着重要作用。在本研究中,我们以籼稻品种特青和粳稻品种02428为试验材料,在不同低温处理时间下(10℃处理0、3或24 h),运用RNA-Seq技术开展水稻苗期低温应答转录组分析。结果表明:粳稻02428的耐低温性显著强于籼稻特青,低温处理后,在两个品种中均检测到大量差异表达基因。在差异表达基因的KEGG通路分析中,植物激素信号通路是低温胁迫下差异表达基因最显著富集的通路,说明植物激素通路在水稻苗期耐低温中具有重要作用。我们通过对生长素、细胞分裂素等8种激素信号途径中差异表达基因的数量及其表达量进行分析,解析了各激素信号通路中的关键基因在低温胁迫下表达量的变化趋势,最终发现在水稻苗期耐低温中可能起正调控作用的激素是乙烯、脱落酸和茉莉酸,负调控耐低温的是细胞分裂素和赤霉素。本研究为深入了解植物激素参与水稻苗期耐低温调控的机制提供了方向与依据。     

基于转录组测序挖掘马铃薯块茎采后发芽关键基因

马铃薯是全球第4大粮食作物,营养丰富.然而,马铃薯块茎采后发芽显著影响其商品价值和种薯质量.该研究结合表型观察、细胞学分析、生理生化检测、植物激素含量测定、 Marker基因表达分析等,明确了马铃薯采后发芽的关键时期.通过对马铃薯块茎采后发芽关键时期样本进行RNA-seq分析,挖掘了马铃薯块茎采后发芽关键基因.结果表明‘费乌瑞它’马铃薯块茎采后休眠解除期为30 d,芽生长期为45 d.从休眠期到休眠解除期和休眠解除期到芽生长期分别有1 008个基因(252个上调、 756个下调)和4 576个基因(2 800个上调、 1 696个下调)表达量发生显著变化. 156个转录因子基因(主要属于AP2、 MYB和bHLH家族)及植物激素(ABA与GA)合成、代谢、信号转导相关基因,如NCED4,ZEP,KS,KO2,ABI5等.这些差异表达基因主要富集在苯丙烷生物合成(ko00940)、苯丙氨酸代谢(ko00360)、类胡萝卜素生物合成(ko00100)、 DNA复制(ko03030)、糖代谢(ko00520)等通路.     

马铃薯块茎膨大期叶片响应干旱与复水的转录组分析

以榆林市农科所提供的‘冀张薯8号’组培苗为试验材料,在马铃薯对水分比较敏感的块茎膨大期进行干旱与复水处理,利用RNA seq技术分析马铃薯叶片在干旱胁迫和水分刺激下的基因表达谱,采用q RT PCR技术验证RNA seq数据的可靠性。结果表明：随机选取的16个基因与转录组数据高度一致,进一步证明转录组数据的可靠性。在分子水平上,水分胁迫使马铃薯叶片中基因表达大幅调整,与ABA及环境胁迫诱导的基因、膜脂代谢相关基因大幅上调,复水后快速恢复。经KEGG富集分析,水分胁迫下叶片差异表达基因主要富集于次生代谢生物合成途径、植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢等过程。复水后,与蛋白质合成、转录调控、吸水能力和有毒物质清除有关的基因大幅上调表达,以适应马铃薯干旱后复水的快速恢复以及补偿生长的要求。研究结果可为抗旱抗逆性的品种改良提供基因资源,同时为深层次揭示马铃薯抗旱机理提供理论基础。     

马铃薯抗晚疫病种质资源中抗病基因的筛选

【目的】筛选晚疫病抗病种质资源的晚疫病抗病基因,为马铃薯晚疫病抗性种质创新与利用提供依据。【方法】利用转录组测序技术分析马铃薯抗感晚疫病材料(广谱晚疫病抗性材料野生种Solanum demissum品系cs47)和易感材料(卡它丁、大西洋、底西瑞)间差异表达基因,利用GO数据库预测差异表达基因的功能,Clustal Omega程序比对氨基酸序列,MEGA6绘制氨基酸序列进化树。【结果】利用马铃薯抗病种质资源cs47筛选得到PGSC0003DMP400045185、PGSC0003DMP400015105和PGSC0003DMP400015107共3个潜在的晚疫病抗性基因,与3个易感晚疫病品种比分别有6 084～6 547个和6 264～6 316个基因表达水平显著上升和显著下降。在显著差异表达水平的基因中,3个cc-NBS-LRR类基因和已克隆的晚疫病抗性基因拥有类似的蛋白结构域。【结论】广谱晚疫病抗性材料野生种S.demissum品系cs47含有PGSC0003DMP400045185、PGSC0003DMP400015105和PGSC0003DMP400015107共3个潜在的晚疫...     

低温胁迫对马铃薯幼苗相关生化指标的影响

为研究低温胁迫对马铃薯幼苗相关生理生化特性的影响,选用马铃薯主栽品种"大西洋"为材料,采用盆栽试验,挑选3周后生长健康的马铃薯幼苗进行低温(4℃)胁迫处理,并于处理后0、6、12、24、36、48 h分别取样并进行相关生理指标(叶绿素含量、MAD含量、SOD和POD活性)的测定。结果显示,低温处理后叶绿素含量和SOD活性先降后升再降,MAD含量先升后降再升,POD活性先升后降,"大西洋"对4℃低温胁迫的耐受时间极限约为24 h,超过这个时间低温将对其造成伤害。     

基于转录组测序解析甜玉米耐低温发芽的相关基因

[目的]通过转录组测序分析低温下萌发能力不同的甜玉米自交系,鉴定甜玉米耐低温萌发的相关基因.[方法]利用低温萌发能力强的甜玉米自交系Scil-H7th为供体构建近等基因系,获得不同低温萌发能力的材料,通过生理指标测定、转录组分析和qRT-PCR,筛选分析与低温萌发相关的基因.[结果]对自交系在不同萌发时期和同一萌发时期...     

马铃薯块茎低温反应抑制差减文库的构建及鉴定

本研究以4℃(Tester)和20℃(Driver)处理的马铃薯野生种Solanum berthaultii的无性系CW2-1块茎为材料,构建马铃薯块茎低温反应抑制差减文库以进一步筛选差异表达基因。通过PCR鉴定后,获得了含有2 112个阳性克隆的差减杂交文库。采用反向Northern方法对差减文库进行筛选鉴定,得到274个含有显著表达差异基因（P/N>3）的阳性克隆。从274个克隆中挑选了53个克隆进行测序和同源比对分析,合并后获得29个代表不同基因的非重复序列片段,表明文库具有较高质量。并随机选取了其中4个EST进行基因表达分析,结果显示,在耐低温糖化的S. berthaultii块茎中,4℃下贮藏的块茎基因表达强度高于20℃贮藏的块茎;同在4℃贮藏条件下,S. berthaultii和易低温糖化栽培种E1的块茎中基因的表达量亦存在差异,证明所构建的差减文库富集了马铃薯块茎对低温响应的基因。     

干旱胁迫下马铃薯差异表达基因的验证分析

为了深入了解马铃薯的抗旱机制,本研究选择Solexa高通量测序中log2(fold change)≥11倍的22个差异基因,包括6个转录因子、4个脯氨酸代谢、4个抗氧化防御系统、4个类黄酮生物合成和4个植物激素信号转导相关基因,采用qRT-PCR检测20%PEG6000处理0、1、6、12h后马铃薯叶片中22个基因表达的变化.结果表明:被检测的22个基因的结果与Solexa高通量测序的结果一致,并且在不同干旱处理时间下各基因表达各不相同,表现出5种表达模式:上调-上调-上调、下调-下调-下调、上调-下调-上调、上调-下调-下调、上调-上调-下调.马铃薯对不同时间点的干旱可能采取不同的应对策略,对1h和6h干旱可能是减少不必要的能量和物质消耗,12h干旱胁迫下才调动大量抗逆相关物质,抵抗干旱的伤害.     

用cDNA微阵列分析水稻防卫反应及信号传导相关基因

应用cDNA微阵列技术分析了水稻受白叶枯菌侵染后一对近等基因系(中早14R、9S)的防卫信号传导途径.在mRNA 水平,对检测到的相关基因(如病程相关蛋白、信号传导、转录因子等)间相互作用及信号传导途径的分析结果表明:白叶枯菌侵染下,乙烯(ET)介导的信号传导途径在防卫反应中可能起着重要作用.核基因接受信号后改变了一些防卫反应相关基因的表达水平,来应答病原物的侵入.实验结果还提示,水稻的一些基因通过表达丰度的改变对乙烯信号途径产生反馈调节.     

软腐病菌胁迫下甘薯生理生化响应及转录组分析

为明确软腐病害生理机制,提高甘薯贮藏期的品质,以浙江地区甘薯主要鲜食品种‘心香’为试验材料,对其病菌侵染前后的生理生化响应和转录组学进行分析。结果表明：1）软腐病侵染后,甘薯抗氧化酶和细胞壁降解酶活性显著提高,超微结构显示甘薯细胞结构受到严重破坏。2）甘薯软腐病侵染过程中有12 205个基因发生显著变化,其中7 505个上调表达,4 700个下调表达;GO类目中,差异表达基因（DEGs）被富集到细胞器、膜等细胞部位,代谢过程、生物活性和相应刺激反应等生物过程,催化活性等分子功能。KEGG注释分析可知,DEGs显著富集在苯丙烷代谢、碳代谢、淀粉蔗糖代谢、氨基酸生物合成、柠檬酸循环和激素信号转导次生代谢产物的生物合成中。本研究为进一步甘薯抗病相关基因功能的研究和抗病机理的解析提供了理论参考。     

马铃薯microRNA及其靶基因的预测与功能分析

根据miRNA序列在植物中的高度保守性,通过拟南芥、水稻、玉米等植物中已知的miRNA序列与马铃薯的表达序列标签(EST)、基因组测序序列(GSS)以及核酸数据库中的序列进行比对,最后通过在线比对软件blastx去掉编码序列,共发现32条新的miRNAs,并且这32条前体均可折叠形成miRNA家族的标准二级结构;利用新发现的马铃薯miRNAs通过在线软件miRU和miRU2与编码蛋白的数据库比对,预测到了100个靶基因,分别编码与马铃薯生长发育、新陈代谢、信号转导、转录调节、胁迫反应等相关的蛋白.     

侵染早期小麦叶锈菌相关基因的筛选及表达分析

为挖掘与叶锈菌萌发及早期侵染相关的关键基因,利用PacBio SMRT和Illumina HiSeq测序技术对叶锈菌夏孢子萌发0、2、4、8、12和24 h的孢子和芽管进行转录组测序,通过全长转录本基因表达差异分析和生物信息学分析进行候选基因筛选,利用qRT-PCR技术对候选基因在不同毒力菌系与小麦的亲和/非亲和互作中的表达模式进行系统分析。结果表明:1)综合分析筛选出差异显著且功能相关的4个候选基因,其中,PTTG_1050为SNARE蛋白的编码基因,可能参与SNARE介导的囊泡运输;PTTG_4765属于ABC转运蛋白基因家族PDR亚族;PTTG_1823属于PKc_Like超基因家族;PTTG_1279为候选分泌蛋白编码基因。2)4个候选基因在侵染早期受到强烈诱导或抑制,且在亲和互作中表达量高于非亲和互作,说明其在叶锈菌的早期侵染和扩展中发挥了重要作用,可能是早期成功侵染的关键基因。     

植物脱落酸信号传导途径的网络分析

从已发表论文和相关数据库中收集到与ABA代谢有关数据,构建脱落酸代谢网络图;根据信号传递网络性质,获得ABA信号传递中所需要的信号分子、受体、第二信使和激酶等信息.应用CellNetAnalyzer软件分析ABA信号传递网络,获得了信号传递路径与网络冗余性,为研究植物ABA代谢调控机理提供依据.     

马铃薯卷叶病毒分离株外壳蛋白基因和17k蛋白基因的克隆及序列分析

从典型的马铃薯卷叶病毒病株中直接提出植物总RNA，根据PLRV外壳蛋白基因序列，设计合成了一对寡核苷酸引物，经RT－PCR法扩增出全长的cDNA片段，将其克隆到质粒pGEM-3Zf( )上，并进行了序列分析。结果表明，克隆的cDNA片段由627个核苷酸组成，编码208个氨基酸组成的理论分子量为23k的蛋白，与PLRV外壳蛋白的大小一致；此外克隆片段还含有一个不同于外壳蛋白基因的阅读框架，该框架由465个核苷酸组成，编码155个氨基酸组成的理论分子量为17k的蛋白，与PLRV的17k蛋白大小一致，与国外报道的几个株系相比，PLRV分离和的外壳蛋白基因及17k蛋白基因的核苷酸同源率分别高达97.5%-99.7%和96.5%-99.6%，由此推测的氨基酸同源率高达97.6%－99.5%和96.1%-99.4%，说明所克隆的PLRV外壳蛋白基因和17k蛋白基因具有高度的保守性，本研究克隆了PLRV分离物外壳蛋白和17k蛋白基因的序列，为进一步进行抗PLRV基因工程研究奠定基础。